JPH0431009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、粒子分散強化または繊維強化した過
共晶Al−Si合金複合材料の連続製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 合金複合材料を製造するため、固液共存状態の
合金材料に対して、回転翼により機械的な回転攪
拌を加えながら非金属粒子を添加して、均質な複
合材料をつくる鋳造法は、コンポキヤスト法とし
て知られている。また、急冷凝固法などで製造し
た微細結晶粒粉末を非金属粉末と均質混合して焼
結させる粉末治金法がある。

しかるに、コンポキヤスト法では回転翼の回転
速度が1000rpm以下に抑えられているので、結晶
粒の均質微細化と粒子の均一分散が十分行われな
い。また、還元性雰囲気や大気中で回転翼を回転
させるので、不活性ガスを巻き込みやすく、得ら
れた材料の機械的性質はそれほど改善されない。

一方、粉末治金法では、複雑な製造プロセスと
大規模な設備が不可欠であるため、必然的に材料
製造費がコスト高にならざるを得ない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、過共晶Al−Si合金複合材料
における鋳造欠陥の除去と材料特性の向上を図る
に当り、簡易な方法により晶出する初晶Si粒子の
大きさを数μmにして、粉末治金法と同等の均質
微細なミクロ組織と機械的性質をもつ耐摩耗性の
過共晶Al−Si合金複合材料を低コストで製造可
能にすることにある。

［問題点を解決するための手段、作用］ 上記目的を達成するための本発明の連続製造方
法は、真空容器内の溶解炉で溶融した過共晶Al
−Si合金に攪拌翼を挿入して低速回転させなが
ら、非金属粒子または繊維からなる強化材を添加
して均質混合させ、それによつて得られる溶融合
金複合材料を、耐熱容器内で水平軸のまわりに高
速回転する多角形状の回転子上に落下させ、その
溶融合金複合材料を上記回転子の高速回転による
回転攪拌作用により飛散させて、生成した初晶Si
結晶を破砕し、飛散した半溶融金属複合材料を上
記耐熱容器に受止めて、均質微細なミクロ組織を
もつ半固体状の塊状集合体として取り出すことを
特徴とするものである。

本発明において添加する非金属粉末あるいは繊
維からなる強化材としては、黒鉛粒子、炭化チタ
ン粒子、黒鉛短繊維等が適し、またその添加量は
３〜8wt％程度が望ましい。

このような本発明の方法によれば、過共晶Al
−Si合金複合材料における鋳造欠陥の除去と材料
特性の向上を図るに当り、簡易な方法により晶出
する初晶Si粒子の大きさを数μmに破砕して、粉
末治金法と同等の均質微細なミクロ組織と機械的
性質をもつ耐摩耗性の過共晶Al−Si合金複合材
料を低コストで製造することができる。

また、粉末治金で得られるような微細結晶粒と
非金属粒子等の強化材の均質混合が、鋳造時にす
べて同時に行われ、複合材料を簡易に製造するこ
とができる。

次に、第１図及び第２図を参照して、本発明の
方法を実施するのに適した複合材料連続製造装置
について説明する。

両図に示す製造装置において、真空容器１はそ
の内部に過共晶Al−Si合金の溶解炉２を備えて
いる。

上記溶解炉２は、周囲を断熱材３によつて囲繞
され、中心に配設したルツボ４の周囲にヒータ５
が設けられ、上面は図示しないシリンダで駆動さ
れるシヤツタ６により開閉可能に形成される。溶
解炉２のルツボ４に内挿される攪拌翼８は、その
横断面が十字状をなし、外部に配置したモータ等
の駆動装置９の回転軸１０の先端に固定され、
1000rpm以下で低速回転駆動されるものである。

上記溶解炉２におけるルツボ４には、そこで溶
融した過共晶Al−Si合金に対して非金属粒子あ
るいは短繊維などの強化材を投与する投入装置１
１が付設されている。この投入装置１１は、強化
材用バケツト１２からルツボ４上に強化材投入管
１３を伸ばしたものである。また、上記ルツボ４
の内底には、混合攪拌した合金複合材料溶湯を注
下させる湯口１５が設けられ、この湯口１５を開
閉するため、昇降モータ１７により湯口の開閉栓
１８を昇降可能にした湯口開閉装置１６が付設さ
れている。

上記溶解炉２は、過共晶Al−Si合金を溶解す
ると共に、それに強化材を均質混合して、下方の
溶融複合材料攪拌装置２０に供給するための電気
炉を構成するもので、この溶解炉の下方に配設し
た溶融複合材料攪拌装置２０は、受湯用ロート２
１によつて回転子２３を備えた耐熱容器２２に溶
解炉２からの溶融複合材料を導くように構成して
いる。

上記回転子２３は、溶融複合材料に機械的な高
速回転攪拌を加えることにより、その結晶粒を微
細化し、且つ強化材を一層均一に分散させるもの
で、前記湯口１５からほぼ中心に落下するように
供給される溶融複合材料を、その高速回転により
周囲に飛散させるため、第２図に示すように、横
断面を多角形状に形成し、回転子モータ２５によ
り高速回転する駆動軸２６に固定している。

上記回転子２３を収容する耐熱容器２２は、回
転子２３の回転に伴つて飛散する溶融複合材料を
受け止め、それを塊状集合体として下方の回収細
孔２８から鋳型２９に取り出すためのものであ
る。

なお、図中、３１，３２は覗窓、３３は真空吸
引口、３４は温度制御用熱電対を示している。

上記構成を有する装置によつて結晶粒が微細化
された過共晶Al−Si合金複合材料を製造するに
は、真空容器１内を真空とした後、ルツボ４で過
共晶Al−Si合金を溶解させ、投入装置１１によ
つて非金属粒子あるいは繊維などの強化材を溶融
合金中に添加して、攪拌翼８の低速回転により均
一に攪拌する。一方、回転子２３は回転子モータ
２５により1000〜30000rpm程度の高速で回転さ
せ、この状態で、前記溶解炉２において攪拌翼８
により十分な攪拌混合した複合材料溶湯を、湯口
１５の開放により溶融複合材料攪拌装置２０に流
下させる。

これにより、溶融複合材料は回転中の回転子２
３上に落下し、回転子２３により微細粒子状の液
滴群となつて飛散し、耐熱容器２２の内壁に対し
て衝当を繰返す。その結果、飛散した溶融複合材
料は微細結晶粒化され、粘稠状あるいは半固体状
のものとして耐熱容器２２内を下方に伝わつて細
孔２８から鋳型２９に落下し、半固体状スラリー
の塊状複合材料として連続的に取り出される。

その結果、粉末治金で得られるような微細結晶
粒と非金属粒子の均質混合が、鋳造時にすべく同
時に行われ、しかも機械的性質のすぐれた材料が
連続的に製造される。

［実施例］ 第１図及び第２図に示す構成の複合材料連続製
造装置を用いて行つた実施例を以下に示す。

まず、上記装置における真空容器内を真空とし
た後、ルツボで工業用過共晶Al−Si合金AC9Aを
溶解させ、溶解した上記合金中に投入装置によつ
て5wt％の黒鉛粒子を強化材として添加し、攪拌
翼の低速回転により均一に混合した後、湯口の開
放により混合した複合材料溶湯を1000rpmで高速
回転する回転子上に流下させた。

回転子上に落下した溶融合金複合材料は、その
回転子により微細粒子状の液滴群となつて飛散
し、微細結晶粒化され、粘稠状あるいは半固体状
のものとして鋳型に落下し、塊状合金複合材料と
して連続的に取り出すことができた。

第３図は、上述したところによつて得られた金
属基複合材料の組成像（倍率：200倍）を示し、
これによつて晶出する初晶Si粒子の大きさを数
μmにして、粉末治金法と同等の均質微細なミク
ロ組織を得られることがわかる。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の方法によれば、過共晶
Al−Si合金複合材料を、簡単な装置による溶湯
の均質混合及び高速回転攪拌鋳造により、従来の
粉末治金法のように、合金を一旦粉末化したりす
ることなく、晶出する初晶Si粒子の大きさを数
μmにして、上記粉末治金法と同等の均質微細な
ミクロ組織と機械的性質をもつ耐摩耗性材料を低
コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の正面断
面図、第２図はその側断面図、第３図は本発明に
よつて得られた合金複合材料の金属組織について
の図面代用写真である。 １……真空容器、２……溶解炉、８……攪拌
翼、２０……溶融複合材料攪拌装置、２２……耐
熱容器、２３……回転子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内の溶解炉で溶融した過共晶Al−
   Si合金に攪拌翼を挿入して低速回転させながら、
   非金属粒子または繊維からなる強化材を添加して
   均質混合させ、それによつて得られる溶融合金複
   合材料を、耐熱容器内で水平軸のまわりに高速回
   転する多角形状の回転子上に落下させ、その溶融
   合金複合材料を上記回転子の高速回転による回転
   攪拌作用により飛散させて、生成した初晶Si結晶
   を破砕し、飛散した半溶融金属複合材料を上記耐
   熱容器に受止めて、均質微細なミクロ組織をもつ
   半固体状の塊状集合体として取り出すことを特徴
   とする過共晶Al−Si合金複合材料の連続製造方
   法。